一種受電弓用帶降溫功能c/c復合材料碳滑板及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種受電弓用帶降溫功能C/C復合材料碳滑板及其制備方法，屬于電 力機車用材料領域。
【背景技術】
[0002] 電力牽引的高速列車是通過受電弓碳滑板將電網上的電流傳輸給機車電力系統(tǒng)， 從而供給高速列車動力，維持機車正常運行的。
[0003] 列車運行時，通過碳滑板的電流隨機車實際牽引功率的變化而變化，碳滑板的溫 度也隨之變化。機車從靜止到加速至最大速度的過程中，機車的實際牽引功率最大，通過碳 滑板的電流也最大。以動車組碳滑板為例，機車從靜止到加速至350km/h的過程中，通過碳 滑板的電流可高達400A。在瞬間短路的情況下，通過碳滑板的電流甚至高達1000A。大電流 通過碳滑板時，會引起碳滑板的溫度升高。溫度過高，可能造成碳滑板粘結面開裂，造成碳 滑板上的碳滑條脫落，影響碳滑板的使用壽命，甚至擦壞導線，嚴重威脅行車安全。
[0004] 為確保電力機車運行安全，延長碳滑板的使用壽命，碳滑板必須能夠自主降溫。在 目前公開的碳滑板專利中，未涉及帶降溫功能C/C復合材料碳滑板的相關報道。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術問題是針對C/C復合材料碳滑板通過大電流時，引起滑板 溫度升高，易造成滑板開裂，影響行車安全，提供一種受電弓用帶降溫功能C/C復合材料碳 滑板及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明一種受電弓用帶降溫功能C/C復合材料碳滑板，由骨架和滲透在骨架內和 表面的降溫劑組成;所述骨架為C/C復合材料，所述降溫劑的熔化溫度為45_200°C、優(yōu)選為 50-150°(3、進一步優(yōu)選為60-120°(3;、所述降溫劑與骨架的質量比為6-15 :85-94優(yōu)選為6-10:90-94、進一步優(yōu)選為6-8:92-94。
[0007] 本發(fā)明一種受電弓用帶降溫功能C/C復合材料碳滑板;所述降溫劑選自石蠟、硫 磺、大蘇打中的一種。
[0008] 本發(fā)明一種受電弓用帶降溫功能C/C復合材料碳滑板;所述C/C復合材料的密度為 1.6-1·7g/cm3、孔隙率為10-15%。即骨架的密度為1.6-1.7g/cm3、孔隙率為10-15%。
[0009] 本發(fā)明一種受電弓用帶降溫功能C/C復合材料碳滑板，所述帶降溫功能C/C復合材 料碳滑板的密度為C/C復合材料密度的1.05-1.2倍。帶降溫功能C/C復合材料碳滑板的密度 進一步優(yōu)選為1 · 7-1 · 9g/cm3 〇
[0010] 本發(fā)明一種受電弓用帶降溫功能C/C復合材料碳滑板的制備方法;包括下述步驟： [0011]以密度為1.60~1.7g/cm3、優(yōu)選為1.65~1.7g/cm3的C/C復合材料為原料，對所述 原料進行石墨化處理后，得到骨架，骨架經浸漬降溫劑處理后干燥，直至在原料的基礎上增 重5-13%、優(yōu)選為增重6-9%;得到帶降溫功能C/C復合材料碳滑板;所述石墨化處理的溫度 為1800~2600°C、優(yōu)選為1800-2300°C，進一步優(yōu)選為2000-2300°C;所述降溫劑的熔化溫度 為45-200°C、優(yōu)選為50-150°C、進一步優(yōu)選為60-120°C;得到帶降溫功能C/C復合材料碳滑 板中，所述降溫劑與骨架的質量比為6-15:85-94、優(yōu)選為6-10:90-94、進一步優(yōu)選為6-8: 92-94。
[0012] 本發(fā)明一種受電弓用帶降溫功能C/C復合材料碳滑板的制備方法;所述降溫劑選 自石蠟、硫磺、大蘇打中的一種。其較優(yōu)配方為:石蠟。
[0013] 本發(fā)明一種受電弓用帶降溫功能C/C復合材料碳滑板的制備方法;浸漬降溫劑時， 控制浸漬溫度為60_200°C、優(yōu)選為60-100°C、進一步優(yōu)選為60-80°C，壓力為1~3MPa、優(yōu)選 為l-2MPa、進一步優(yōu)選為1-1.2MPa，單次浸漬時間為1-5小時、優(yōu)選為1-3小時、進一步優(yōu)選 為1-1.5小時。
[0014] 本發(fā)明一種受電弓用帶降溫功能C/C復合材料碳滑板的制備方法；所述密度為 1.60~1.7g/cm3的C/C復合材料是通過下述步驟制備的：
[0015] 步驟一
[0016] 將單層0°無煒炭布，炭纖維網胎、單層90°無煒炭布、炭纖維網胎依次循環(huán)疊加后， 采用接力式針刺的方法在垂直于鋪層方向引入炭纖維束制成密度為〇. 3~0.6g/cm3的2.5D 炭纖維針刺整體氈；
[0017] 步驟二
[0018] 將步驟一所得炭纖維針刺整體氈固定后置于加熱爐中，在保護氣氛下，于1500~ 2100°C，優(yōu)選為1800-2100°C，進一步優(yōu)選為1800-2000°C，進行前高溫熱處理;得到前高溫 熱處理后的整體氈；
[0019] 步驟三
[0020] 將步驟二所得前高溫熱處理后的整體氈進行化學氣相沉積熱解碳處理，得到沉積 均勻且密度為1 · 4~1 · 5g/cm3的C/C復合材料；
[0021] 步驟四
[0022] 按設計滑條的尺寸進行機械加工，并預留加工余量后進行樹脂浸漬-炭化處理，直 至得到密度為1.60~1.7g/cm3的高密度C/C復合材料.
[0023] 本發(fā)明一種受電弓用帶降溫功能C/C復合材料碳滑板的制備方法;步驟二中，所述 保護氣氛選自氬氣氣氛、氮氣氣氛中的一種。
[0024] 本發(fā)明一種受電弓用帶降溫功能C/C復合材料碳滑板的制備方法;步驟二中，所述 前高溫處理時，控制時間為3-1Oh。
[0025] 本發(fā)明一種受電弓用帶降溫功能C/C復合材料碳滑板的制備方法;步驟二中，前高 溫處理時，控制爐內壓力為0.101-0 .llMPa。
[0026] 本發(fā)明一種受電弓用帶降溫功能C/C復合材料碳滑板的制備方法;步驟三中，化學 氣相沉積熱解碳處理的條件參數為：
[0027]碳源氣體選自丙烯、天然氣、甲烷中的至少一種；
[0028] 稀釋氣體選自氮氣、氫氣中的至少一種；
[0029] 碳源氣體和稀釋氣體的體積比為08. -1.2:2.8-3.2。
[0030]本發(fā)明一種受電弓用帶降溫功能C/C復合材料碳滑板的制備方法;步驟四中，聚合 物浸漬-炭化處理所用聚合物浸漬液為樹脂溶液。優(yōu)選為瀝青和呋喃樹脂組成的混合溶液 或呋喃樹脂溶液。
[0031]本發(fā)明一種受電弓用帶降溫功能C/C復合材料碳滑板的制備方法;步驟四中，按設 計滑條的尺寸，對步驟三所得C/C復合材料進行機械加工，并預留加工余量后，置于40-80 °C、優(yōu)選為50-70°C、進一步優(yōu)選為55-65°C的聚合物浸漬液中，采用加壓浸漬的方式浸漬處 理1-3小時后，升溫至180-210°C進行固化處理2.5-3.5小時；固化完成后進行碳化處理，碳 化處理時，控制溫度為830-880°C，單次碳化處理的時間為40-60小時；按浸漬/固化/碳化處 理的方式循環(huán)操作直至直至得到密度為1.6~1.7g/cm3的高密度C/C復合材料。
[0032]本發(fā)明一種受電弓用帶降溫功能C/C復合材料碳滑板的制備方法;得到帶降溫功 能C/C復合材料碳滑條后，將其與鋁托、銅網通過到導電膠粘結，并經過加工處理，得到可用 于高鐵上的受電弓碳滑板。
[0033] 原理和優(yōu)勢
[0034] (1)本發(fā)明采用化學氣相沉積和聚合物浸漬-碳化的方法制備了具有連通開孔的 密度為1.60~1.7g/cm3優(yōu)選為1.65~1.7g/cm3的C/C復合材料，為浸漬降溫劑提供了通道。 [0035] (2)采用壓力浸漬的方法，保證降溫劑能夠充分浸漬到C/C復合材料的孔隙中。
[0036] (3)利用降溫劑熔點低的特性，在碳滑板的溫度高于降溫劑的熔化溫度時，降溫劑 迅速吸熱，帶走熱量，從而降低了碳滑板的溫度。
[0037] (4)本發(fā)明通過工藝和組分的協(xié)同作用，得到了散熱性能良好的帶降溫功能C/C復 合材料碳滑板。
【附圖說明】
[0038]圖1為本發(fā)明實施例提供的受電弓用C/C滑條制備方法的工藝流程圖。
[0039]從圖1中可以看